CN114779203B - 广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达阵列目标定位领域，公开了一种广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法，主要解决空域目标定位。实现过程：1、搭建仿真场景；2、采集系统各个节点的目标回波信号，设计加权向量，对回波信号进行加权求和获得能量变化向量；3、对观测区域网格划分，对不同网格点处的理论回波信号做相同加权向量加权处理获得理论能量变化向量；4、目标回波信号加权求和后的能量变化向量与理论回波数据加权求和后的理论能量变化向量匹配搜索，相关性最大的网格点位置即为目标所在位置；本发明定位精度高，分辨率精度理论为阵列波束宽度，广域随机阵孔径极大，波束宽度极窄，极大提升了定位分辨率，避免了极窄主瓣扫描整个空域的困难。

Description

广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法
技术领域
本发明主要涉及雷达阵列目标定位领域，特别适用于广域随机稀布阵雷达目标定位。
背景技术
传统的均匀阵雷达为了获得高角度分辨率，常常需要非常多的天线单元来形成较大的阵列孔径，因此造价十分昂贵，且相邻阵元的距离较小，阵元间耦合效应的影响不能忽略，造成系统探测性能下降。广域随机稀布阵系统是由分布在平方公里甚至更广范围的多节点组成的，孔径极大，此时阵元数较少且相邻阵元间几乎不存在耦合效应，但同时也面临着一系列问题：主瓣宽度极窄、且旁瓣密布、能量场复杂，传统主瓣扫描方法很难实现目标定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供了一种广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法。本发明综合考虑了天线稀疏布置从而提高了阵列孔径、降低了阵元间耦合效应、避免了栅瓣的产生、提升了探测性能，并设计了空域扫描方案和代价函数来获取能量信息，并通过旁瓣匹配搜索来实现目标定位，避免了极窄主瓣扫描带来的困难。
本发明采用的技术方案为：
一种广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法，包括如下步骤：
步骤一、确定广域随机稀布阵探测系统的基本参数和工作模式，包括系统节点数目、节点分布和工作频率；
步骤二、基于步骤一确定的基本参数采集系统各个节点的目标回波信号，设计波束合成点扫描方案进行波束扫描，获取不同的波束合成点对应的加权向量w，并对目标回波信号进行加权求和获得能量变化向量M；
步骤三、对观测区域网格划分，对不同网格点处的理论回波信号进行加权求和，获得对应的理论能量变化向量Mwg；
步骤四、将目标回波信号加权求和后的能量变化向量M与理论回波信号加权求和后的理论能量变化向量Mwg进行匹配搜索，相关性最大的网格点位置即为目标所在位置；
至此，完成了广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位。
本发明相比现有技术具有以下有益效果：
本发明综合考虑了传统均匀阵雷达高分辨定位阵列多且密布带来的系统问题和广域随机稀布阵传统主瓣扫描方法面临的定位困难，设计了基于空域扫描能量信息匹配的目标定位方法。
本发明定位精度高，分辨率精度理论为阵列波束宽度，广域随机阵孔径极大，波束宽度极窄，极大提升了定位分辨率；
本发明提出基于空域扫描旁瓣能量信息匹配方法实现目标估计，避免了极窄主瓣扫描整个空域的困难。
附图说明
图1是本发明实施例流程图；
图2是本发明实施例广域随机稀布阵的节点分布图；
图3是本发明实施例本地球坐标系示意图；
图4是本发明实施例广域随机稀布阵在观测区域的能量场方位角分布图；
图5是本发明实施例广域随机稀布阵在观测区域的能量场俯仰角分布图；
图6是本发明实施例匹配搜索的目标定位结果方位角图；
图7是本发明实施例匹配搜索的目标定位结果俯仰角图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：
参照图1，一种广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法，主要包括如下步骤：
步骤一、确定广域随机稀布阵系统的基本参数和工作模式：
定义广域随机稀布阵系统包含的天线阵元数目为100，天线阵元表示为p=1,2,…,100，100个阵元随机分布在10km×10km区域范围内，广域随机稀布阵阵元分布图如图2所示，同时定义系统的工作频率为f=1.3GHz；稀布阵信号接收选用全相参模式，各个天线接收信号通过复数加权在预定位置的全相参合成点处同相叠加。
步骤二、目标回波信号加权求和获得能量变化向量：
目标接收信号为s。设计波束合成点移动方案如下：波束合成点A原点路径300km差不变，俯仰角为0，方位角在 [-0.01°，0.01°]范围内等间隔均匀移动，移动点数为201，方位角为0，俯仰角在[-0.01°，0.01°]范围内等间隔均匀移动，移动点数为201，获得不同的波束合成点对应的加权向量w，并对目标回波信号做加权求和获得能量变化向量M，为接收信号与加权向量加权求和所得。
1、本地球坐标系定义：
如图3所示，波束合成点A在直角坐标系XOZ平面上投影为B，本地球坐标系方位角为Z轴和矢量OB的夹角，俯仰角为矢量OA和矢量OB的夹角， r为波束合成点与原点的路径距离。
2、求取加权向量：
对于任意合成波束点的加权向量，即为对应波束合成点下的信号导向向量，所有的波束合成点的加权向量组成了加权向量集合。
广域随机稀布阵在观测区域的能量场分布如图4和图5所示。
步骤三、建立观测区域网格点理论回波数据对应的能量变化向量库：
将观测区域（方位角和俯仰角范围为[-0.1°，0.1°]）网格化，网格点共有201行201列，将网格点视为目标位置坐标，获取各个网格点理论回波信号，与已得到的加权向量集合加权处理后获得第m行n列网格点对应的理论回波加权求和后的理论能量变化向量Mwg。
步骤四、能量信息匹配搜索定位：
此时已知目标回波信号对应的能量变化向量和理论观测区域网格点回波数据库，即第m行n列网格点处对应理论回波信号加权处理后的能量变化向量。设定代价函数分析回波信号对应能量变化向量M和网格点对应理论能量变化向量Mwg的相似程度。当代价函数取得最大值时对应的网格点的位置即为目标位置，图6和图7匹配搜索定位图中峰值对应坐标即为目标位置。
本实施例分布场匹配即从观测区域
Figure 875631DEST_PATH_IMAGE001
取不同网格点的理论能量变化向量
Figure 801998DEST_PATH_IMAGE002
，并从中找出与能量变化向量M最相关的理论能量变化向量
Figure 616371DEST_PATH_IMAGE003
，并用
Figure 487768DEST_PATH_IMAGE004
作为目标的定位结果，代价函数如下：
Figure 551539DEST_PATH_IMAGE005
vec( )表示将矩阵的元素按列堆栈排列成一个向量。

Claims (1)

1.一种广域随机稀布阵空域扫描能量信息匹配的目标定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定广域随机稀布阵探测系统的基本参数和工作模式，包括系统节点数目、节点分布和工作频率；
步骤二、基于步骤一确定的基本参数采集系统各个节点的目标回波信号，设计波束合成点扫描方案进行波束扫描，获取不同的波束合成点对应的加权向量w，并对目标回波信号进行加权求和获得能量变化向量M；其中，对于任意波束合成点的加权向量，即为对应波束合成点下的信号导向向量，所有的波束合成点的加权向量组成了加权向量集合；
步骤三、对观测区域进行网格划分，对不同网格点处的理论回波信号进行加权求和，获得对应的理论能量变化向量Mwg；
步骤四、将目标回波信号加权求和后的能量变化向量M与理论回波信号加权求和后的理论能量变化向量Mwg进行匹配搜索，相关性最大的网格点位置即为目标所在位置。
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